(57)【要約】【課題】  燃料消費率を改善でき経済的に有利な燃料電池システム及び電子機器を提供する。【解決手段】  燃料電池本体１の発電出力が供給される補助電源４の充電電圧に相当する出力電圧ＶBを検出し、この出力電圧ＶBが上限値ＶBL以下で、中間値ＶBM以上の場合は、燃料消費効率を考慮した燃費優先モードに移行し、出力電圧ＶBが上限値ＶBL以下で、中間値ＶBM以下の場合は、出力優先を考慮した出力優先モードに移行する。【選択図】      図１
2010033904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料供給により電力を発電する燃料電池本体と、
前記燃料電池本体の発電出力により充電されるとともに、電子機器本体の電源として用いられる補助電源と、
前記補助電源の出力を検出する出力検出手段と、
前記出力検出手段で検出される出力に基づいて燃費優先を考慮した燃費優先モード又は出力優先を考慮した出力優先モードを選択する運転モード選択手段と、
前記運転モード選択手段で選択された優先モードに応じて前記燃料電池本体の出力を制御する制御手段と、
を具備したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記運転モード選択手段は、前記出力検出手段で検出された前記補助電源の出力が上限値以下で所定値以上のとき前記燃費優先モードを選択し、前記出力が前記所定値以下のとき前記出力優先モードを選択することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
制御手段は、前記燃費優先モード又は前記出力優先モードに応じた前記燃料電池本体の出力を、前記燃料電池本体の制御電圧及び制御温度の少なくとも一方を制御して得ることを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一記載の燃料電池システムを電源として使用した電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム及びこの燃料電池システムを電源として用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機や携帯情報端末などの電子機器の小型化は目覚しいものがあり、これら電子機器の小型化とともに、電源として燃料電池を使用することが試みられている。燃料電池は、燃料と空気を供給するのみで、発電することができ、燃料のみを交換すれば連続して発電できるという利点を有するため、小型化が実現できれば、小型の電子機器の電源として極めて有効である。
【０００３】
そこで、最近、燃料電池として、直接メタノール型燃料電池（以下、ＤＭＦＣ；Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌと称する。）が注目されている。かかるＤＭＦＣは、液体燃料の供給方式によって分類され、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式のものと、燃料収容部内の液体燃料を電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式のものがあり、これらのうち、パッシブ方式のものはＤＭＦＣの小型化に対して特に有利である。
【０００４】
従来、このようなパッシブ方式のＤＭＦＣとして、特許文献１に開示されるように、例えば燃料極、電解質膜および空気極を有する膜電極接合体（燃料電池セル）を、樹脂製の箱状容器からなる燃料収容部上に配置した構造のものが考えられている。
【０００５】
また、ＤＭＦＣの燃料電池セルと燃料収容部とを流路を介して接続する構成のものも特許文献２〜４に開示されている。これら特許文献２〜４は、燃料収容部から供給された液体燃料を燃料電池セルに流路を介して供給することによって、流路の形状や径等に基づいて液体燃料の供給量を調整可能としたもので、特に、特許文献３では燃料収容部から流路にポンプで液体燃料を供給している。また、ポンプに代えて、流路に電気浸透流を形成する電界形成手段を用いることも記載されている。さらに特許文献４には電気浸透流ポンプを用いて液体燃料等を供給することが記載されている。
【特許文献１】国際公開第２００５／１１２１７２号パンフレット
【特許文献２】特表２００５−５１８６４６号公報
【特許文献３】特開２００６−０８５９５２号公報
【特許文献４】米国特許公開第２００６／００２９８５１号公報
【特許文献５】特開２００５−３２６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、このようなＤＭＦＣを主発電部とした燃料電池システムを小型電子機器などの電源として適用した場合、燃料電池での燃料の消費量が少なく経済的に有利であることが重要である。
【０００７】
そこで、従来、特許文献５に開示されるように電気機器の使用状況に応じて燃料電池の運転モードを省エネルギーモード及び高出力モードに切り替えるようにしたものが考えられている。しかし、かかる特許文献５では、燃料電池の出力と電気機器動作中の消費電力とを比較し、その使用率に応じてモード切替を行うようにしているため、例えば、周囲温度の影響などで燃料電池の出力が低下することがあると、電気機器動作中の消費電力が小さいにも関わらず使用率が所定の比率以上になって高出力モードに切り替わり、この間に燃料が無駄に消費されるという問題があった。また、燃料電池の出力検出と、電気機器動作中の消費電力の測定を同時に行うようになるので、回路構成が複雑になり、さらに、循環燃料の濃度コントロールによりモード切り替えを行うようにもしているので、燃料供給のための制御系も複雑になるという問題があった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、燃料消費率を改善でき経済的に有利な燃料電池システム及び電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明は、燃料供給により電力を発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体の発電出力により充電されるとともに、電子機器本体の電源として用いられる補助電源と、前記補助電源の出力を検出する出力検出手段と、前記出力検出手段で検出される出力に基づいて燃費優先を考慮した燃費優先モード又は出力優先を考慮した出力優先モードを選択する運転モード選択手段と、前記運転モード選択手段で選択された優先モードに応じて前記燃料電池本体の出力を制御する制御手段と、を具備したことを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載の発明は請求項１記載において、前記運転モード選択手段は、前記出力検出手段で検出された前記補助電源の出力が上限値以下で所定値以上のとき前記燃費優先モードを選択し、前記出力が前記所定値以下のとき前記出力優先モードを選択することを特徴としている。
【００１１】
請求項３記載の発明は請求項１又は２記載において、制御手段は、前記燃費優先モード又は前記出力優先モードに応じた前記燃料電池本体の出力を、前記燃料電池本体の制御電圧及び制御温度の少なくとも一方を制御して得ることを特徴としている。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一記載の燃料電池システムを電源として使用した電子機器である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、燃料消費率を改善でき経済的に有利な燃料電池システム及び電子機器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる燃料電池システムの概略構成を示している。
【００１６】
図１において、１は燃料電池本体（ＤＭＦＣ）で、この燃料電池本体１は、起電部を構成する燃料電池発電部（セル）１０１、液体燃料を収容する燃料収容部１０２、燃料収容部１０２と燃料電池発電部（セル）１０１を接続する流路１０３及び燃料収容部１０２から燃料電池発電部（セル）１０１に液体燃料を移送するための燃料供給制御手段としてのポンプ１０４を有している。
【００１７】
図２は、このような燃料電池本体１をさらに詳細に説明するための断面図である。
【００１８】
この場合、燃料電池発電部１０１は、アノード触媒層１１とアノードガス拡散層１２とを有するアノード（燃料極）１３と、カソード触媒層１４とカソードガス拡散層１５とを有するカソード（空気極／酸化剤極）１６と、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜１７とから構成される膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）を有している。
【００１９】
ここで、アノード触媒層１１やカソード触媒層１４に含有される触媒としては、例えばＰｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等の白金族元素の単体、白金族元素を含有する合金等が挙げられる。アノード触媒層１１にはメタノールや一酸化炭素等に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏ等を用いることが好ましい。カソード触媒層１４にはＰｔやＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。ただし、触媒はこれらに限定されるものではなく、触媒活性を有する各種の物質を使用することができる。触媒は炭素材料のような導電性担持体を使用した担持触媒、あるいは無担持触媒のいずれであってもよい。
【００２０】
電解質膜１７を構成するプロトン伝導性材料としては、例えばスルホン酸基を有するパーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂（ナフィオン（商品名、デュポン社製）やフレミオン（商品名、旭硝子社製）等）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂等の有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸等の無機系材料が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の電解質膜１７はこれらに限られるものではない。
【００２１】
アノード触媒層１１に積層されるアノードガス拡散層１２は、アノード触媒層１１に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層１１の集電体も兼ねている。カソード触媒層１４に積層されるカソードガス拡散層１５は、カソード触媒層１４に酸化剤を均一に供給する役割を果たすと同時に、カソード触媒層１４の集電体も兼ねている。アノードガス拡散層１２およびカソードガス拡散層１５は多孔質基材で構成されている。
【００２２】
アノードガス拡散層１２やカソードガス拡散層１５には、必要に応じて導電層が積層される。これら導電層としては、例えばＡｕ、Ｎｉのような導電性金属材料からなる多孔質層（例えば、メッシュ）、多孔質膜、箔体あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材等が用いられる。電解質膜１７と後述する燃料分配機構１０５およびカバープレート１８との間には、それぞれゴム製のＯリング１９が介在されており、これらによって燃料電池発電部１０１からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。
【００２３】
カバープレート１８は酸化剤である空気を取入れるための不図示の開口を有している。カバープレート１８とカソード１６との間には、必要に応じて保湿層や表面層が配置される。保湿層はカソード触媒層１４で生成された水の一部が含浸されて、水の蒸散を抑制すると共に、カソード触媒層１４への空気の均一拡散を促進するものである。表面層は空気の取入れ量を調整するものであり、空気の取入れ量に応じて個数や大きさ等が調整された複数の空気導入口を有している。
【００２４】
燃料電池発電部１０１のアノード（燃料極）１３側には、燃料分配機構１０５が配置されている。燃料分配機構１０５には配管のような液体燃料の流路１０３を介して燃料収容部１０２が接続されている。
【００２５】
燃料収容部１０２には、燃料電池発電部１０１に対応した液体燃料が収容されている。液体燃料としては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。液体燃料は必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料は、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料収容部１０２には燃料電池発電部１０１に応じた液体燃料が収容される。
【００２６】
燃料分配機構１０５には燃料収容部１０２から流路１０３を介して燃料が導入される。流路１０３は燃料分配機構１０５や燃料収容部１０２と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料分配機構１０５と燃料収容部１０２とを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ燃料の流路であってもよい。燃料分配機構１０５は流路１０３を介して燃料収容部１０２と接続されていればよい。
【００２７】
ここで、燃料分配機構１０５は図３に示すように、燃料が流路１０３を介して流入する少なくとも１個の燃料注入口２１と、燃料やその気化成分を排出する複数個の燃料排出口２２とを有する燃料分配板２３を備えている。燃料分配板２３の内部には図２に示すように、燃料注入口２１から導かれた燃料の通路となる空隙部２４が設けられている。複数の燃料排出口２２は燃料通路として機能する空隙部２４にそれぞれ直接接続されている。
【００２８】
燃料注入口２１から燃料分配機構１０５に導入された燃料は空隙部２４に入り、この燃料通路として機能する空隙部２４を介して複数の燃料排出口２２にそれぞれ導かれる。複数の燃料排出口２２には、例えば燃料の気化成分のみを透過し、液体成分は透過させない気液分離体（図示せず）を配置してもよい。これによって、燃料電池発電部１０１のアノード（燃料極）１３には燃料の気化成分が供給される。なお、気液分離体は燃料分配機構１０５とアノード１３との間に気液分離膜等として設置してもよい。燃料の気化成分は複数の燃料排出口２２からアノード１３の複数個所に向けて排出される。
【００２９】
燃料排出口２２は燃料電池発電部１０１の全体に燃料を供給することが可能なように、燃料分配板２３のアノード１３と接する面に複数設けられている。燃料排出口２２の個数は２個以上であればよいが、燃料電池発電部１０１の面内における燃料供給量を均一化する上で、０．１〜１０個／ｃｍ2の燃料排出口２２が存在するように形成することが好ましい。
【００３０】
燃料分配機構１０５と燃料収容部１０２の間を接続する流路１０３には、燃料移送制御手段としてのポンプ１０４が挿入されている。このポンプ１０４は燃料を循環される循環ポンプではなく、あくまでも燃料収容部１０２から燃料分配機構１０５に燃料を移送する燃料供給ポンプである。このようなポンプ１０４で必要時に燃料を送液することによって、燃料供給量の制御性を高めるものである。この場合、ポンプ１０４としては、少量の燃料を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、ロータリーベーンポンプ、電気浸透流ポンプ、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することが好ましい。ロータリーベーンポンプはモータで羽を回転させて送液するものである。電気浸透流ポンプは電気浸透流現象を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたものである。ダイアフラムポンプは電磁石や圧電セラミックスによりダイアフラムを駆動して送液するものである。しごきポンプは柔軟性を有する燃料流路の一部を圧迫し、燃料をしごき送るものである。これらのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプや圧電セラミックスを有するダイアフラムポンプを使用することがより好ましい。
【００３１】
また、ポンプ１０４には、後述する燃料供給制御回路５が接続され、ポンプ１０４の駆動が制御される。この点については後述する。
【００３２】
このような構成において、燃料収容部１０２に収容された燃料は、ポンプ１０４により流路１０３を移送され、燃料分配機構１０５に供給される。そして、燃料分配機構１０５から放出された燃料は、燃料電池発電部１０１のアノード（燃料極）１３に供給される。燃料電池発電部１０１内において、燃料はアノードガス拡散層１２を拡散してアノード触媒層１１に供給される。燃料としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層１１で下記の(1)式に示すメタノールの内部改質反応が生じる。なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層１４で生成した水や電解質膜１７中の水をメタノールと反応させて(1)式の内部改質反応を生起させる。あるいは、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。
【００３３】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ-  …(1)
この反応で生成した電子（ｅ-）は集電体を経由して外部に導かれ、いわゆる出力として負荷側に供給された後、カソード（空気極）１６に導かれる。また、(1)式の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ+）は電解質膜１７を経てカソード１６に導かれる。カソード１６には酸化剤として空気が供給される。カソード１６に到達した電子（ｅ-）とプロトン（Ｈ+）は、カソード触媒層１４で空気中の酸素と下記の(2)式にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成される。
【００３４】
６ｅ-＋６Ｈ+＋（３／２）Ｏ2  →  ３Ｈ2Ｏ  …(2)
図１に戻って、このように構成された燃料電池本体１は、燃料電池発電部（セル）１０１に第２の温度検出手段としての温度センサ１０６が設けられている。この温度センサ１０６は、燃料電池発電部（セル）１０１の発熱部の温度を検出するもので、例えば、サーミスタや熱電対からなり、図２に示す燃料電池発電部（セル）１０１のカソード(空気極)１６に配置されている。また、温度センサ１０６は、発熱温度に対応する検出信号を制御部７に出力する。制御部７については、後述する。
【００３５】
燃料電池本体１には、出力検出部６及び出力調整手段としてＤＣ−ＤＣコンバータ（電圧調整回路）２が接続されている。出力検出部６は、燃料電池発電部（セル）１０１の出力として、例えば出力電圧Ｖｏを検出し、この出力電圧Ｖｏに対応する検出信号を制御部７に出力する。
【００３６】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、不図示のスイッチング要素とエネルギー蓄積要素を有し、これらスイッチング要素とエネルギー蓄積要素により燃料電池本体１で発電された電気エネルギーを蓄積／放出させ、燃料電池本体１からの比較的低い出力電圧を十分の電圧まで昇圧して生成される出力を発生する。このＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力は、補助電源４に供給される。
【００３７】
なお、ここでは標準的な昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ２を示したが、昇圧動作が可能なものならば、他の回路方式のものでも実施可能である。
【００３８】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力端には、補助電源４が接続され、所謂ハイブリッド型燃料電池を構成している。この補助電源４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力により充電可能としたもので、電子機器本体３の瞬間的な負荷変動に対して電流を供給し、また、燃料枯渇状態になって前記燃料電池本体１が発電不能に陥った場合に電子機器本体３の駆動電源として用いられる。この補助電源４には、充放電可能な二次電池(例えばリチウムイオン充電池（ＬＩＢ）)や電気二重層コンデンサ）が用いられる。
【００３９】
補助電源４には、補助電源出力検出部８及び燃料供給制御回路５が接続されている。補助電源出力検出部８は、補助電源４の出力として、例えば出力電圧ＶBを検出し、この出力電圧ＶBに対応する検出信号を制御部７に出力する。燃料供給制御回路５は、補助電源４を電源としてポンプ１０４の動作を制御するもので、制御部７の指示に基づいてポンプ１０４をオン／オフ制御する。
【００４０】
燃料供給制御回路５には、制御部７が接続されている。制御部７は、システム全体を制御するもので、出力設定部７０１、運転モード選択手段７０２、タイマー７０３及びポンプ制御信号発生部７０４を有している。出力設定部７０１は、運転モード選択の基準となる補助電源４の出力電圧ＶBに対する設定値を記憶している。この場合、設定値には、出力電圧ＶBの上限値ＶBLと、この上限値ＶBL以下の所定値として中間値ＶBMが設定されている。ここで、上限値ＶBLは、補助電源４として適用される二次電池などの充電電圧の上限値、中間値ＶBMは、上限値ＶBL以下で、例えば、補助電源４が負荷要求に対して対応可能な限界値である。運転モード選択手段７０２は、補助電源出力検出部８の検出信号と出力設定部７０１に設定される補助電源４の出力電圧ＶBに対する上限値ＶBL及び中間値ＶBMを比較し、この比較結果から運転モードとして燃費優先モード又は出力優先モードを選択する。タイマー７０３は、モード移行時の時間経過などをカウントする。このタイマー７０３のカウントは、各モード移行を判断するしきい値付近で頻繁にモード切り替えを繰り返す現象を防止するものである。このカウントの目安としては、モード切り替えにかかる時間の１〜５倍が好ましい。ポンプ制御信号発生部７０４は、運転モード選択手段７０２により選択された運転モードに応じてポンプ１０４のオン／オフ信号を出力する。
【００４１】
次に、このように構成された実施の形態の作用を説明する。
【００４２】
いま、燃料電池システムの起動指示により、制御部７において図４に示すフローチャートが実行される。
【００４３】
まず、ステップ４０１で、燃料電池システムが起動モードに設定される。この場合、燃料電池発電部１０１にポンプ１０４を介して燃料が供給される。そして、燃料電池発電部１０１で発電された出力がＤＣ−ＤＣコンバータ２で十分な電圧まで昇圧され、電子機器本体３に供給されるとともに、補助電源４に充電される。
【００４４】
この状態で、ステップ４０２に進む。ステップ４０２では、補助電源出力検出部８により補助電源４の出力電圧ＶBを検出する。また、運転モード選択手段７０２により、このときの出力電圧ＶBが出力設定部７０１に設定された出力電圧ＶBの上限値ＶBL以下かを判断する。ここで、出力電圧ＶBが上限値ＶBL以下であれば、ＹＥＳと判断し、ステップ４０３に進む。
【００４５】
一方、出力電圧ＶBが上限値ＶBH以上の場合は、ステップ４０４に進み、燃料電池本体１を終了待機モードに移行する。この場合、燃料電池本体１の出力を開放して補助電源４の充電を停止し、補助電源４のみにより電子機器本体３の負荷要求に対応させる。そして、ステップ４０５で、タイマー７０３のカウントによりモード移行時間の経過が確認されると、ステップ４０６に進み、再び補助電源４の出力電圧ＶBが上限値ＶBL以下になったかを判断する。ここで、出力電圧ＶBが上限値ＶBH以下になっていてＹＥＳと判断すれば、ステップ４０３に進む。この場合、ステップ４０６で、依然として補助電源４の出力電圧ＶBが上限値ＶBH以下にならないと判断したときは、システム不良と判断して動作を終了する（ステップ４０７）。
【００４６】
ステップ４０３では、補助電源４の出力電圧ＶBが出力設定部７０１に設定された出力電圧ＶBが上限値ＶBH以下で中間値ＶBM以上かを判断する。ここで、出力電圧ＶBが中間値ＶBM以上の場合は、補助電源４の充電状況が十分で電子機器本体３の負荷要求に対して対応可能と判断し、ステップ４０８に進む。ステップ４０８では、燃料電池本体１の運転を燃費優先モードに移行する。この燃費優先モードは、燃料電池本体１での燃料消費効率を考慮したもので、制御部７は、出力検出部６より検出される燃料電池発電部（セル）１０１の出力電圧Ｖｏと温度センサ１０６より検出される燃料電池発電部（セル）１０１の発熱温度を参照して、ポンプ制御信号発生部７０４より燃費優先モードに応じたポンプ１０４のオン／オフ信号を出力させ、燃料電池本体１の制御電圧Ｖｃ及び制御温度Ｔｃを、それぞれ予め設定された所定の値に制御する。ここでの燃費優先モードでは、例えば、制御温度Ｔｃ＝４３℃、制御電圧Ｔｃ＝０．３８Ｖに設定され、出力０．３７Ｗ、燃費１．４５Ｗｈ／ｇが得られるようにしている。
【００４７】
その後、ステップ４１０で、タイマー７０３のカウントによりモード移行時間の経過が確認されると、ステップ４１１に進む。このタイマー７０３のカウントは、既述のように各モード移行を判断するしきい値付近で頻繁にモード切り替えを繰り返す現象を防止するものである。このカウントの目安としては、モード切り替えにかかる時間の１〜５倍が好ましい。例えば、モード切り替えにおいて、温度を６℃昇温するのに要する時間が５分、あるいは温度を６℃降温するのに要する時間が５分であった場合には、そのためのカウントは１０分に設定することができる。ステップ４１１では、補助電源４の出力電圧ＶBが上昇したかを判断する。ここで、出力電圧ＶBが上昇してＹＥＳと判断すると、依然として補助電源４の充電電圧が十分であると判断し、ステップ４０８に戻り、燃費優先モードを継続する。また、ステップ４１１で、補助電源４の出力電圧ＶBの上昇が得られないと判断すると、ステップ４０２に戻り、以下、ステップ４０２以降の動作を繰り返す。
【００４８】
一方、ステップ４０３において、補助電源４の出力電圧ＶBが中間値ＶBM以下と判断した場合は、補助電源４の充電状況が十分でなくなり、電子機器本体３の負荷要求に対して対応が難しいと判断し、ステップ４０９に進む。ステップ４０９では、燃料電池本体１の運転を出力優先モードに移行する。この出力優先モードは、燃料電池本体１の出力優先を考慮したもので、制御部７は、出力検出部６より検出される燃料電池発電部（セル）１０１の出力電圧Ｖｏと温度センサ１０６より検出される燃料電池発電部（セル）１０１の発熱温度を参照してポンプ制御信号発生部７０４より出力優先モードに応じたポンプ１０４のオン／オフ信号を出力させ、燃料電池本体１の制御電圧Ｖｃ及び制御温度Ｔｃを、それぞれ予め設定された所定の値に制御する。ここでの出力優先モードでは、例えば制御温度Ｔｃ＝４９℃、制御電圧Ｔｃ＝０．３６Ｖに設定され、出力０．７５Ｗ、燃費１．０Ｗｈ／ｇが得られるようにしている。つまり、出力優先モードでは、燃費優先モードに比べ燃費は低下するが、より大きな出力が得られるようにしている。
【００４９】
その後、ステップ４１２で、タイマー７０３のカウントによりモード移行時間の経過が確認されると、ステップ４０２に戻り、以下、ステップ４０２以降の動作を繰り返す。
【００５０】
ここで、実際の使用例を挙げて説明する。
【００５１】
この場合、燃料電池システムは、燃料電池発電部１０１として面積３．５ｃｍ2、セル直列数４ｃｅｌｌのものを使用し、燃料収容部１０２として７．０ｍＬ（５．５４ｇ）の容量のものを使用している。また、補助電源４はリチュウムイオン充電池（ＬＩＢ）で、容量６００ｍＡｈ、上限電位４．０Ｖ、下限電位３．３Ｖのものを使用し、さらにＤＣ−ＤＣコンバータ２として動作効率８０％のものを使用している。
【００５２】
また、燃費優先モードでは、出力０．３７Ｗ、燃費１．４５Ｗｈ／ｇ、出力優先モードでは、出力０．７５Ｗ、燃費１．０Ｗｈ／ｇとなる制御が行われるものとする。
【００５３】
そして、このようにした燃料電池システムを電子機器本体３として携帯電話の電源に適用した場合で、例えば、日中のみ頻繁に携帯電話を使用するビジネスマンについて調べたところ、以下の結果が得られた。この場合、ビジネスマンによる携帯電話の使用状況を時間ごとに調べたところ、一日のうちで９時から１８時まで頻繁に携帯電話が使用され、この間の各時間ごとの消費電力は平均で３６５ｍＷｈで、その他の１８時から翌日の９時までの各時間ごとの消費電力は平均で５ｍＷｈであった。
【００５４】
このような使用状況にある携帯電話に対し、上述した本願発明の補助電源４の出力電圧ＶBに応じて燃費優先モード及び出力優先モードを選択する方法を採用したところ、補助電源４の出力電圧ＶBが図５（ａ）に示すように変化することが判明した。この場合、図５（ａ）において、出力電圧ＶB＝４．０Ｖを上限値ＶBH、出力電圧ＶB＝３．６Ｖを中間値ＶBMとすると、出力電圧ＶBが上限値ＶBH以上の場合、つまり、図５（ａ）に示す３時から９時までは、補助電源４の充電を停止して補助電源４により携帯電話の負荷要求に対応させる。また、出力電圧ＶBが上限値ＶBH以下で、中間値ＶBM以上の場合、つまり、図５（ａ）に示す９時から１１時頃までは、携帯電話機の負荷要求が増大するが、補助電源４の充電が十分で負荷要求に対して対応可能と判断し、燃料電池本体１の運転を燃費優先モードに移行する。これにより、燃料電池本体１では、燃料消費効率を考慮した出力０．３７Ｗ、燃費１．４５Ｗｈ／ｇの運転が実行される。その後、出力電圧ＶBが中間値ＶBM以下に低下すると、つまり、図５（ａ）に示す１１時から１８時頃までは、さらなる負荷要求の増大により補助電源４の充電状況が十分でなくなり負荷要求に対して対応が難しいと判断し、燃料電池本体１の運転を出力優先モードに移行する。これにより、燃料電池本体１では、出力優先を考慮した出力０．７５Ｗ、燃費１．０Ｗｈ／ｇの運転が実行される。
【００５５】
一方、燃費優先モード及び出力優先モードを選択する方法を採用しないで、負荷要求に対して対応可能な出力優先モードのみとした場合、補助電源４の出力電圧ＶBが図５（ｂ）に示すように変化することが判明した。この場合、図５（ｂ）に示す９時から１８時までの携帯電話機の負荷要求が大きい間は、燃料電池本体１の運転を出力優先モードの出力０．７５Ｗ、燃費１．０Ｗｈ／ｇの運転が実行される。
【００５６】
この結果、図５（ｂ）に示す出力優先モードのみの運転では、補助電源４の出力電圧ＶB全体が高めに維持されるのに対し、同図（ａ）に示す燃費優先モードと出力優先モードを選択する運転では、燃費優先モードによる運転効果により補助電源４の出力電圧ＶBを低く抑えることが可能となり、これにより、燃料収容部１０２への燃料供給の間隔が出力優先モードのみの場合は１．０日だったものが、燃費優先モードと出力優先モードを選択する運転では、１.３日にできるようになり、燃料消費率を大幅に改善できることが実証された。
【００５７】
したがって、このようにすれば、燃料電池本体１の発電出力が供給される補助電源４の充電電圧に相当する出力電圧ＶBを検出し、この出力電圧ＶBが上限値ＶBL以下で、中間値ＶBM以上の場合は、補助電源４の充電電圧が十分で電子機器本体３の負荷要求に対して余裕があると判断し、燃料消費効率を考慮した燃費優先モードに移行し、出力電圧ＶBが上限値ＶBL以下で、中間値ＶBM以下の場合は、補助電源４の充電電圧が不十分で電子機器本体３の負荷要求に対して余裕がないと判断し、出力優先を考慮した出力優先モードに移行するようにした。これにより、燃料電池本体１は、電子機器本体３の負荷要求に対して補助電源４の出力電圧ＶBが十分大きい場合は、燃費優先モードを選択するようになるので、この間の燃料消費率を大幅に改善することができ、経済的に有利にできる。また、電子機器本体３の負荷要求が大きくなって補助電源４の出力電圧ＶBが低下したような場合は、出力優先モードを選択するので、負荷要求の増大にも確実に対応することができる。また、これら燃費優先モード及び出力優先モードの選択は、補助電源４の出力電圧ＶBを検出するだけで、従来のように電気機器動作中の消費電力を計測する必要が全くないので、回路構成も簡単にできる。さらに、燃費優先モード及び出力優先モードは、燃料濃度は一定のままで制御電圧Ｖｃ及び制御温度Ｔｃを制御することにより得られるので、燃料供給のための制御系が複雑になるという問題も回避できる。
【００５８】
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、上述した実施の形態では、燃費優先モード及び出力優先モードでのそれぞれの出力は、制御部７により、出力検出部６より検出される燃料電池発電部１０１の出力電圧Ｖｏと温度センサ１０６より検出される燃料電池発電部１０１の発熱温度を参照して燃料電池本体１の制御電圧Ｖｃ及び制御温度Ｔｃを制御することで得るようにしたが、制御電圧Ｖｃ及び制御温度Ｔｃの一方のみを制御して得るようにしても良い。また、上述した実施の形態では、補助電源４の出力電圧を検出して、この出力電圧に基づいて燃費優先モード又は出力優先モードを選択するようにしたが、補助電源４の出力電流を検出し、この出力電流に基づいて燃費優先モード又は出力優先モードを選択するようにしていよい。
【００５９】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【００６０】
さらに燃料電池発電部へ供給される液体燃料の気化成分においても、全て液体燃料の気化成分を供給してもよいが、一部が液体状態で供給される場合であっても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる燃料電池システムの概略構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態の燃料電池本体を詳細に説明するための断面図。
【図３】第１の実施の形態の燃料電池本体に用いられる燃料分配機構の斜視図。
【図４】第１の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【図５】第１の実施の形態の実際の使用例での補助電源の出力電圧の変化を説明する図。
【符号の説明】
【００６２】
１…燃料電池本体、１０１…燃料電池発電部
１０２…燃料収容部、１０３…流路
１０４…ポンプ、１０５…燃料分配機構
１０６…温度センサ、２…ＤＣ／ＤＣコンバータ、３…電子機器本体
４…補助電源、５…燃料供給制御回路
６…出力検出部、７…制御部、
７０１…出力設定部、７０２…運転モード選択部、
７０３…タイマー、７０４…ポンプ制御信号発生部、
８…補助電源出力検出部、
１１…アノード触媒層、１２…アノードガス拡散層
１３…アノード、１４…カソード触媒層
１５…カソードガス拡散層、１６…カソード
１７…電解質膜、１８…カバープレート
１９…Ｏリング、２１…燃料注入口
２２…燃料排出口、２３…燃料分配板
２４…空隙部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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